1st Law of Thermodynamics
Inleiding
om de relatie tussen werk en warmte te begrijpen, moeten we een derde, verbindende factor begrijpen: de verandering in interne energie. Energie kan niet worden gecreëerd of vernietigd, maar kan worden omgezet of overgedragen. Interne energie verwijst naar alle energie binnen een bepaald systeem, inclusief de kinetische energie van moleculen en de energie die is opgeslagen in alle chemische bindingen tussen moleculen., Met de interacties van warmte, werk en interne energie, zijn er energie-overdrachten en conversies elke keer dat er een verandering wordt gemaakt op een systeem. Er wordt echter geen netto-energie gecreëerd of verloren tijdens deze overdrachten.
wet van de thermodynamica
De Eerste Wet van de thermodynamica stelt dat energie kan worden omgezet van de ene vorm naar de andere met de interactie van warmte, werk en interne energie, maar kan niet worden gecreëerd of vernietigd, onder alle omstandigheden., Wiskundig wordt dit weergegeven als
\
met
- \(ΔU\) is de totale verandering in interne energie van een systeem,
- \(q\) is de warmte die wordt uitgewisseld tussen een systeem en zijn omgeving, en
- \(w\) is het werk dat door of op het systeem wordt gedaan.
werk is ook gelijk aan de negatieve externe druk op het systeem vermenigvuldigd met de verandering in volume:
\
de interne energie van een systeem zou afnemen als het systeem warmte afgeeft of werkt., Daarom neemt de interne energie van een systeem toe wanneer de warmte toeneemt (dit zou gebeuren door warmte toe te voegen aan een systeem). De interne energie zou ook toenemen als er aan een systeem gewerkt zou worden. Elk werk of warmte die in of uit een systeem gaat, verandert de interne energie. Echter, omdat energie nooit wordt gecreëerd of vernietigd (dus de eerste wet van de thermodynamica), is de verandering in interne energie altijd gelijk aan nul. Als energie verloren gaat door het systeem, dan wordt het geabsorbeerd door de omgeving., Als energie in een systeem wordt geabsorbeerd, dan komt die energie vrij door de omgeving:
\
waarbij Δusysteem de totale interne energie in een systeem is, en Δusurround is de totale energie van de omgeving.,bbc”>
The above figure is a visual example of the First Law of Thermodynamics., De blauwe kubussen vertegenwoordigen het systeem en de gele cirkels vertegenwoordigen de omgeving rond het systeem. Als energie verloren gaat door het kubus systeem dan wordt het gewonnen door de omgeving. Energie wordt nooit gecreëerd of vernietigd. Omdat de oppervlakte van de clue cube verminderde, nam het visuele gebied van de gele cirkel toe. Dit symboliseert hoe energie verloren door een systeem wordt gewonnen door de omgeving. De invloed van verschillende omgevingen en veranderingen op een systeem helpen bij het bepalen van de toename of afname van interne energie, warmte en werk.,v id=”e58a7c820f”>
+ or –
Example \(\PageIndex{1}\)
A gas in a system has constant pressure., De omgeving rondom het systeem verliest 62 J warmte en doet 474 J werk op het systeem. Wat is de interne energie van het systeem?
oplossing
om interne energie te vinden, ΔU, moeten we rekening houden met de relatie tussen het systeem en de omgeving. Sinds de eerste wet van de thermodynamica stelt dat energie niet wordt gecreëerd of vernietigd weten we dat alles wat verloren gaat door de omgeving wordt gewonnen door het systeem. De omgeving verliest warmte en werkt op het systeem. Daarom zijn q en w positief in de vergelijking ΔU = q + w omdat het systeem warmte krijgt en werk aan zichzelf doet.,
\ &= 536\,J \end{align}\]
voorbeeld \(\Paginindex{2}\)
een systeem heeft een constant volume (ΔV=0) en de warmte rond het systeem neemt toe met 45 J.
- Wat is het teken voor warmte (q) voor het systeem?
- Wat is ΔU gelijk aan?
- Wat is de waarde van de interne energie van het systeem in Joules?
oplossing
aangezien het systeem een constant volume heeft (ΔV = 0) is de term-PΔV=0 en de werkdruk is gelijk aan nul. Dus in de vergelijking ΔU = q + w w = 0 en ΔU= q. de interne energie is gelijk aan de warmte van het systeem., De omringende warmte neemt toe, zodat de warmte van het systeem afneemt omdat warmte niet wordt gecreëerd of vernietigd. Daarom wordt warmte weggenomen van het systeem waardoor het exotherm en negatief. De waarde van interne energie is de negatieve waarde van de warmte die door de omgeving wordt geabsorbeerd.
- negatief (q< 0)
- ΔU=q + (- PΔV) = q + 0 = q
- ΔU = – 45J
